Биопечать на основе стволовых клеток поможет в освоении Марса
3-D печать тканей с применением стволовых клеток может помочь сохранить здоровье астронавтов вплоть до высадки на Марсе. В рамках проекта Европейского Космического Агенства (ЕКА) с помощью метода биопечати были получены первые образцы кожи и костей.
Эти образцы были подготовлены учеными из Университетской больницы Дрезденского технического университета (University Hospital of Dresden Technical University, TUD), входящего в консорциум проекта, вместе с OHB System AG в качестве генерального подрядчика и биотехнологической компанией Blue Horizon.
«Клетки кожи можно печатать с использованием плазмы крови человека в качестве «био-чернил», богатых питательными веществами, которые будут легко доступны членам экипажа миссии», — комментирует Нивес Кубо (Nieves Cubo) из TUD.
«Однако плазма обладает очень жидкой консистенцией, что затрудняет работу в измененных условиях гравитации. Поэтому мы модифицировали метод, добавив метилцеллюлозу и альгинат, чтобы увеличить вязкость субстрата. Астронавты смогут получать эти вещества из растений и водорослей соответственно. Это доступное решение для автономной космической экспедиции».
«Изготовление образца кости потребовало использования в биопечати стволовых клеток человека с композицией био-чернил и добавлением костного цемента с фосфатом кальция в качестве материала, поддерживающего структуру, который впоследствии абсорбируется во время фазы роста».
Чтобы доказать возможность переноса техники биопечати в условия космоса, печать образцов кожи и кости выполнялась перевёрнутой вверх ногами. Ввиду того, что длительный доступ к условиям невесомости при проведении эксперимента был непрактичен, такое тестирование «минус 1 G» является наиболее оптимальным вариантом.
Полученные образцы — только первые шаги в амбициозном проекте использования биопечати в космосе. В рамках этого проекта рассматриваются различные средства, которые могут потребоваться на борту, в том числе оборудование, хирургические кабинеты и стерильные условия, а также возможности создания более сложных тканей для трансплантации, что в конечном итоге приведёт к печати полноценных внутренних органов.
«Путешествие на Марс или в другие межпланетные пункты назначения займет несколько лет в космосе», — комментирует Томмазо Гидини (Tommaso Ghidini), руководитель Отдела конструкций, механизмов и материалов ЕКА, курирующий проект.
«Экипаж подвергнется многим рискам, и досрочное возвращение домой будет невозможно. Хранение достаточного количества медикаментов для всех возможных случаев было бы неосуществимо при ограниченном пространстве и массе космического корабля».
«Возможность 3-D биопечати позволит им реагировать на экстренные ситуации по мере их возникновения. В случае ожогов, например, новую кожу можно распечатать, а не пересаживать с другой части тела астронавта, причинив дополнительную травму, которая может долго не заживать в орбитальной среде».
«В случае перелома, который может случиться из-за сочетания невесомости с гравитацией Марса на уровне 0,38 от гравитации Земли, можно будет заменить кость в повреждённом участке. Материалы для биопечати будут получены от самих астронавтов, поэтому проблем с отторжением трансплантатов не будет».
Постоянное совершенствование методики трёхмерной биопечати позволило текущему проекту впервые расширить его за пределы планеты.
«Это типичная модель, когда перспективные наземные технологии впервые используются в космосе — от камер до микропроцессоров. Большинство потребностей необходимо минимизировать, чтобы заставить вещи работать в сложной космической среде, поэтому различные элементы технологии оптимизируются и миниатюризируются», — объясняет Томмазо.
«Также мы надеемся, что работа, которую мы проводим с трехмерной биопечатью, поможет ускорить ее прогресс на Земле, приблизит ее массовую доступность, донося ее до людей в кратчайшие сроки».
